[發明專利]一種富鋁金屬間化合物增強鋁基復合材料制備方法

有效

• 申請號: 201310730267.1
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103898343A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 徐宏;張文達;楊晶;劉云;韓濤;任霽萍
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C21/00
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花

技術領域

本發明一種富鋁金屬間化合物增強鋁基復合材料制備方法，屬于鋁基復合材料制備和金屬熔煉加工技術領域。?

背景技術

鋁基復合材料是以鋁或鋁合金作為基體，以陶瓷顆粒或金屬顆粒、晶須或短纖維、長纖維為增強體的復合材料。其中顆粒增強鋁基復合材料由于制備工藝簡單、易于加工成形、成本低廉，在汽車和航空航天等領域具有廣泛的應用前景。且顆粒增強鋁基復合材料解決了纖維增強鋁基復合材料增強纖維制備成本昂貴的問題，而且材料各向同性，克服了制備過程中出現的諸如纖維損傷、微觀組織不均勻、纖維與纖維相互接觸、反應帶過大等影響材料性能的許多缺點。所以顆粒增強鋁基復合材料已成為當今世界金屬基復合材料研究領域中的一個重要的熱點，并日益向工業規模化生產和應用的方向發展。?

鋁基復合材料在汽車生產上主要用于制造活塞以及其他汽車零部件。日本本田汽車公司就首先在汽缸體活塞上應用了Al₂O₃短纖維增強鋁合金復合材料，并實現了大規模工業化生產，而且在發動機缸體的缸套采用了FRM，替換了傳統的鑄鐵缸套，它用Al₂O₃與碳纖維的混合物作為增強體，在鋁合金缸體的內表面層形成2?mm后的FRM層，其中纖維體含量為體積的12%-15%，使用后，缸體的滑動摩擦性，回轉響應性等性能以及汽車的操作性能大大提高。日產汽車公司采用了鋁基復合材料后，使汽車重量減輕了40%左右。英國AE公司制造的柴油發動機用的鋁基復合材料缸套，其機械變形和熱變形減少，從而使缸套的冷卻效率提高，活塞的磨損減小，油耗降低。?

近年來國內大多數研究者基本上都采用原位生成顆粒增強鋁基復合材料，原位鋁基復合材料具有強化相多、設計性廣、晶粒細小、綜合性能好、增強體與基體界面結合牢固且結合強度高、成本相對較低且能進行近終型鑄造等優勢。代表性的復合材料有TiB₂和Al₂O₃顆粒增強鋁基復合材料。另外雙相或多相顆粒增強鋁基材料已引起人們的重視，如采用攪拌鑄造和原位反應合成相結合的方法，制備了（TiB₂+SiC）/ZL109復合材料，彌補了單一的SiC顆粒強化的不足，復合材料的硬度比基體提高34.8%。原位反應合成（TiB₂+Al₃Ti）/Al6Si4Cu復合材料，其抗拉強度、硬度分別比AlSi6Cu4合金提高20%、29.6%。利用混合鹽作用反應的方法合成Al₃Ti/Al復合材料，結果表明，Al₃Ti/Al復合材料的吸振能力比鋁基的要高，并且與增強物Al₃Ti的體積分數是成比例的。楊濱等人開發的攪拌熔鑄-原位反應顆粒增強鋁基復合材料制備技術（發表于航空材料學報，1999年，19（4））用＜75μm的鋁粉和＜50μm的鈦粉和＜1μm的非晶硼粉或＜75μm石墨粉混合后壓塊加入工業純鋁中制備原位反應、體積分數為3%的TiB₂/Al和TiC/Al復合材料；但是這些技術制備復合材料時熔體溫度需加熱至800-1000℃。?

為了提高車輛發動機箱體用材料漸漸不能滿足車輛發動機功率增加對其高溫性能的要求，解決現有技術存在的使用外加陶瓷顆粒Al₂O₃、SiC等帶來的界面不好，脆性大以及原位反應生成的金屬間化合物帶來的其他副產物且熔體加熱溫度過高等缺點，本發明提出一種采用球磨工藝制備亞微米級的富鋁金屬間化合物Al₃M顆粒增強鋁基復合材料制備方法，在常規熔煉溫度下制備的發動機箱體用復合材料具有良好界面和力學性能。Al和過渡族金屬M（Ti，Zr，V，Nb，Er）等元素形成的Al₃M金屬間化合物同Al基體具有較低的錯配度，且具有低密度，高彈性模量，高熔點等優點，因此這些具有低擴散系數的Al₃M金屬間化合物是進一步提高鋁合金高溫性能的理想的彌散強化相。?

發明內容

本發明克服現有技術的不足，所要解決的技術問題是提供一種直接加入法制備富鋁金屬間化合物增強鋁基復合材料的方法，該方法將球磨后的復合金屬粉末直接加入或轉化為金屬間化合物顆粒后直接加入鋁合金熔體中，能夠得到界面良好、力學性能優良的鋁基復合材料。?

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種富鋁金屬間化合物增強鋁基復合材料制備方法，包括如下步驟：?